工程材料期末复习题①(含答案)

工程材料复习题

简答题

1、金属晶体的常见晶格有哪三种？α-Fe、γ-Fe各是什么晶格？

体心、面心、密排六方α-Fe：体心立方结构γ-Fe：面心立方结构

2、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？

溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象称固溶强化。

固溶强化的原因是晶格畸变。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形更加困难，提高了金属的强度和硬度。

3、实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？

实际金属晶体中存在点缺陷（空位、间隙原子、置换原子）、线缺陷（位错）、面缺陷（晶

界、亚晶界）三类晶体缺陷。

点缺陷造成晶格畸变，使材料强度增加。

位错密度增加，材料强度增加。

晶界越多，晶粒越细，金属强度越高，同时塑性越好。

4、Fe—C合金中基本相有哪些？基本组织有哪些？

基本相：铁素体（F）、渗碳体（Fe3C）、奥氏体（A）

基本组织：铁素体（F）、渗碳体（Fe3C）、奥氏体（A）、珠光体（P）、莱氏体（L d）

5、简述钢的硬度、强度、塑性、韧性与含碳量的关系。

随着钢中含碳量的增加，塑性、韧性下降，硬度增加。当含碳量小于0.9％时，含碳量增加，钢的强度增加。而当含碳量大于0.9％时，渗碳体以网状分布于晶界或以粗大片状存在，使得强度随之下降。

6、M有何特征？它的硬度取决于什么因素？低碳M有何特征？

M是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

它的硬度主要取决于M的含碳量，含碳越高，M的强度、硬度越高。

低碳M是板条状M，它具有良好的塑性和韧性，较高的断裂韧度和较低的韧脆转变温度。

7、进行退火处理的目的是什么？

(1)降低钢的硬度以便于进行切削加工；

(2)消除残余应力，以稳定钢件尺寸，并防止其变形和开裂；

(3)使化学成分均匀，细化晶粒，改善组织，提高钢的力学性能。

(4)改善组织，为最终热处理作好组织准备

8、淬火钢中的残余奥氏体对工件性能有何影响？如何防止？

残余奥氏体降低钢的硬度和耐磨性；工件使用过程中，由于残余奥氏体发生转变，使工件尺寸发生变化，从而降低工件的尺寸精度。

将淬火工件冷却到室温后，随即放到零下温度的冷却介质中冷却，即进行冷处理；

回火处理。

9、为什么亚共析钢经正火后，可获得比退火高的强度和硬度。

亚共析钢退火后的组织为大量的F+少量P，而亚共析钢经正火后的组织是数量较多且细小的珠光体组织。由于珠光体的强度和硬度比铁素体高，因此亚共析钢正火后可获得比退火高的强度和硬度。

10、亚共析钢、过共析钢正火加热温度范围是什么？低碳钢切削加工前和高碳钢球化退火前正火的目的是什么？

亚共析钢正火加热温度：Ac3+50～70℃。

过共析钢正火加热温度：Ac cm+50～70℃。

低碳钢切削加工前正火目的：增加珠光体含量，使钢的硬度提高，便于切削加工。

高碳钢球化退火前正火目的：消除过共析钢中的网状二次渗碳体。

11、亚共析钢的淬火加热温度是什么？加热温度过高或过低会产生哪些问题？

加热温度为AC3+（30～70）℃

加热温度过高：A晶粒粗化，使淬火后M组织粗大；且氧化脱碳严重。

加热温度过低：淬火组织中将有F，使淬火硬度下降。

12、共析钢淬火加热温度范围是什么？如加热温度过高会产生哪些有害影响？

应为727 +（30～70）℃。如加热温度过高，有下列危害：

（1）、奥氏体晶粒粗化，淬火后M粗大，脆性增大。

（2）、氧化、脱碳倾向增大，表面质量降低。

（3）、淬火应力大，工件变形、裂纹倾向增大。

13、过共析钢淬火加热温度范围是什么？如加热温度过高会产生哪些有害影响？

应为Ac1 +（30～70）℃。

如加热温度过高，超过Acm，有下列危害：

（1）、Fe3C完全溶入奥氏体，使奥氏体含碳量增加，Ms降低。淬火后残余奥氏体量增加，降低钢的硬度和耐磨性。

（2）、奥氏体晶粒粗化，淬火后M粗大，脆性增大。

（3）、氧化、脱碳倾向增大，钢的表面质量降低。

（4）、淬火应力大，增加了工件变形、裂纹的倾向。

14、水作为淬火介质有何优缺点？

水作为淬火介质的优点是具有较强的冷却能力，价格低廉。

其主要缺点是：

①在需要快冷的650～500℃范围内（碳钢过冷奥氏体最不稳定区域），它的冷却能力低；

②在300～200℃需要慢冷时，它的冷却能力太强，易使零件产生变形，甚至开裂；

③水温对水的冷却能力影响大。

15、为什么通常碳钢在水中淬火，而合金钢在油中淬火？若合金钢在水中淬火会怎样？

碳钢件淬火时难以使马氏体转变充分，而水的冷却能力强，使钢易于获得马氏体。

合金钢淬透较好，在油中冷却能获得马氏体。

合金刚导热能力差，若在水中淬火，会使工件产生裂纹和变形。

16、淬火钢进行回火的目的是什么？

得到所需要的组织与性能通过适当回火可改变淬火组织，调整和改善钢的性能。

稳定工件尺寸回火使不稳定的淬火组织转变为稳定组织。

消除或减少淬火内应力

17、钢经淬火后为何一定要回火？钢的性能与回火温度有何关系？

钢经淬火后回火有如下目的：(1)获得工件所需的组织和性能

(2)稳定组织，稳定工件尺寸

(3)消除、减少淬火应力

随着回火温度的提高，钢的强度指标(σb、σs)和硬度逐渐下降,塑性指标（Ψ、δ）与韧性指标逐渐提高。而回火温度在300～400℃附近，弹性极限出现峰值。

18、什么是钢的回火脆性？如何避免？

随着回火温度的升高，通常强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。但某些温度范围内回火，钢的韧性不但没有提高，反而显著下降，这种脆化现象称回火脆性。

300℃左右回火产生的回火脆性是第一类回火脆性，它是不可逆的。一般不在此温度范围内回火。

含有Cr、Ni、Mn等合金元素的合金钢，在450～650℃回火或经更高温度回火后缓慢冷却通过该温度区间时，产生第二类回火脆性。它是可逆的。防止办法：尽量减少钢中杂质元素含量；加入W或Mo等能抑制晶界偏析的元素；对中小件，可通过回火后快冷来抑制回火脆性。

19、为什么高频淬火零件的表面硬度、耐磨性及疲劳强度均高于一般淬火？

由于高频感应加热速度快、时间短，使得加热后所获得的A晶粒细小而均匀，淬火后可在表层获得极细的马氏体或隐针马氏体，因而表面硬度、耐磨性高于一般淬火。

一般淬火工件的表面存在残余拉应力，而高频淬火后工件表层存在残余压应力。残余压应力能抵消在变动载荷作用下产生的拉应力，因此高频淬火零件的疲劳强度均高于一般

淬火。

四、工艺分析题

4、汽车半轴要求具有良好的强韧性，且杆部、花键处硬度要求≥52HRC。现选用40Cr钢制造，其工艺路线如下：下料（棒料）→锻造毛坯→热处理①→校直→粗加工→热处理②→精加工→热处理③、④→磨削。指出其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的，并说明杆部、花键处的最终热处理组织。

热处理①：正火。其目的为：消除锻造应力；调整锻后的硬度，改善切削性能；细化晶粒，为淬火作好组织准备。

热处理②：调质。其目的为：获得良好的强韧性，即良好的综合力学性能。

热处理③：表面淬火。其目的是：获得M，提高杆部、花键处表面硬度。

热处理③：低温回火。其目的为：消除表面淬火应力及脆性，得到高的硬度和耐磨性

表层为回火M，心部为索氏体（S）